动力转向耐压软管高温脉冲试验装置设计

王哲，贾京生，孔德嘉

(中汽认证中心，北京 100044)



动力转向耐压软管高温脉冲试验装置设计

王哲，贾京生，孔德嘉

(中汽认证中心，北京 100044)

根据SAE J188中对高温脉冲试验的要求，研制一种动力转向耐压软管高温脉冲试验检测装置。该检测装置在满足标准要求的同时，还具备高精度、可靠性和高效节能等优点。

转向耐压软管；高温脉冲试验；检测装置

0 引言

随着我国汽车工业的快速发展，人们对汽车安全性的要求尤其是预防事故发生的要求愈加严格。由于液压系统的管路结构非常复杂，各种控制油液的阀门数量繁多，后期的保养维护需要成本；整套油路经常处在高温高压状态下，使用寿命也会受到影响，这些因素都会造成转向助力软管的老化、损坏。因此，对其进行严格的检测和测试对于保障车辆的安全有着重要的意义。

作者将根据《动力转向耐压软管高容积膨胀型——SAE J188》标准(简称SAE J188)中对高温脉冲试验的要求，提出一种动力转向耐压软管高温脉冲试验检测装置的设计方案。应用此方案已研制出检测装置，在满足标准要求的同时，还具备高精度、高可靠性和高效节能等优点。

1 整体设计方案

1.1 SAE J188标准中对脉冲试验的要求

SAE J188 标准中对脉冲试验的要求如下：

试验条件:

油温：135 ℃；

环境温度：(135±10) ℃；

脉冲频率：(30 ～40) 次/min；

脉冲时间：压力升高时间(0.20±0.10) s ，高压保持时间(0.65±0.20) s，压力降低时间(0.0±0.10) s；

压力范围：类型1：(0～0.69)～10.3 MPa；类型2：(0～0.69)～9.3 MPa。

脉冲寿命:对于检验试验，脉冲应超过100 000次不损坏；对于质量鉴定试验，脉冲应超过225 000次不损坏。

1.2 系统方案设计

1.2.1 加压功能的实现

此高温脉冲试验设备设计进行动力转向软管的高温脉冲试验测试。

由于测试周期特别长，在液压控制系统的原理选择上，对于被测软管的充压，作者选择采用蓄能器充压的方式。电机泵组只负责向蓄能器充压，使蓄能器内蓄积一定的高压压力油，然后利用蓄能器蓄积的高压压力油向被测软管内充压，当蓄能器内蓄积的高压压力油释放到一定程度后，再启动电机泵组向蓄能器内充压，使其再一次达到预设的蓄积高压压力油量，由蓄能器继续向被测软管充压。这种过程循环往复，直至测试过程结束。这种控制原理将极大地节省能源，有效降低测试成本。

另外，对被测软管的压力油降压释放，作者考虑了一种更加绿色环保的控制思路和控制原理。在第一次使被测软管内充满测试油液并将其加热到标准规定的测试温度后，就使其一直保持在被测软管内不释放出去。对被测软管的升压、降压不采用传统的利用液压阀换向充入高压油液、释放掉油液，循环进行充入、释放的方式，而是利用液压缸换向对被测管内油液进行加压、释压，并且被测管内油液不再被释放回油箱的控制方式。这样就可保证被测管内油液始终保持，由于被测管一直处于高温箱内，其环境温度一直保持，而被测管内油液没有对外交换，因此被测管内油液温度会得到很好的保持。

由于该设备为测试设备，按照标准需要连续长时间不间断进行测试检验，因此，为了保证设备工作可靠性和设备正常使用寿命，在升压降压控制回路上设计了双冗余液压回路。

1.2.2 高温功能的实现

为满足环境温度要求，此设备的高温箱安装了4根加热管，3根工作、1根备用，每根2 kW；并且箱内配有4个轴流风扇，2个正转2个反转调节箱内各点的温度。试验时，3根电阻丝和风扇共同工作，以使环境温度快速达到要求。其中风扇速度分为高速、中速和低速挡，可按需要进行变换。

为满足油温要求，传统高温脉冲设备多采用一套加热装置先将液压油加热到135 ℃后，再打到试验软管中；而且还需要添加一台制冷设备，用以给回流油液降温。但结合节省空间和降低复杂度的要求，作者考虑在此设备中将液压缸直接放在高温箱中，使液压油随着环境温度升高而升高, 同时不需要添加一台制冷设备降油温。

1.2.3 特殊元器件的选择

针对软管脉冲试验225 000次的寿命要求和试验频率、时间的要求，作者在此设备中采用2组TV-3型高速继电器进行试验。在试验一定次数后，自动切换到另一组高速继电器继续工作，这样在总试验次数下，在继电器的寿命内可完成试验。

1.2.4 电气控制的实现

此设备采用欧姆龙的PLC作为主控制单元，以实现不同功能：配合继电器和液压阀进行液压动作控制；配合固态继电器控制高温箱的加热功能；配合模拟量扩展模块、温度控制器、温度传感器、数字压力传感器、3块抗震压力表和LabVIEW软件进行数据的显示和采集，采集后的数据会在程序中进行分析判断，并根据判断结果做出不同的液压动作控制，实现闭环控制。以上设计提高了此设备控制的可靠性、精确性和通用性。

1.2.5 设备特点对比表

从电机功率、加压方式、继电器控制、介质电加热功耗、制冷设备、特殊液压元器件选择、总能耗等方面将此设备和国内其他厂家设备进行对比，具体如表1所示。

表1 此设备和国内其他厂家设备特点对比

2 控制系统设计

图1 控制系统设计方案

电气控制系统的核心为可编程控制器PLC，利用安装在Windows系统平台下的专业FA整合工具包软件CX-One 4.0，结合线下模拟在线运行程序CX-Programmer，对PLC进行合理的程序编写与配置;通过PLC的通信功能与上位机人机界面互换数据，采用工业自动化控制软件——LabVIEW，设计开放式的人机界面，可独立于开发环境运行在上位机中，有效地对整个系统进行监控和数据管理。PLC对径向油泵驱动电机、电磁换向阀等电磁激励型阀体发出控制数字信号并接收来自数字压力、温度传感器反馈的模拟量信号，以及手动泄压，手动设置启、停等机械电气按钮等开关量。经过一系列的动作，最终完成对试验台的控制。总体实现方案图如图1所示。

3 检测装置最终效果

此检测装置(见图2)经过调试后，满足SAE J188标准对高温脉冲试验的要求，能完成试验项目。现在设备运行的实际状况为：设定的脉冲压力为9.3 MPa和10.5 MPa；脉冲工作频率为35 次/min；电机功率为3 kW；温度为135 ℃；电器控制与电磁阀为双回路；能耗计算：液压工作电机功率为3 kW，每次给蓄能器加压到22 MPa时停止工作，期间电机工作时间为150 s。当蓄能器压力降到11 MPa时，设备再次启动液压工作电机进行补压动作。在蓄能器压力从22 MPa降到11 MPa期间，电机空闲时间可达1 260 s。

图2 装置实物图

按脉冲工作频率35 次/min、试验次数为225 000次计算，总试验时间需要107.14 h。若以每小时液压工作电机运行10 min计算，电机总运行时间为17.85 h(占总试验时间的16.7%)，所以液压工作电机总能耗为53.57 kW·h，实现了高效节能。

4 结束语

汽车动力转向软管是汽车转向系统中重要的零部件之一，国外发达国家多已实施比较完善的相关技术法规和标准。随着国内私家车保有量逐年上升，汽车零部件相关的检测设备在国内的发展前景广阔、潜力很大。

在检测方面，制定更加人性化的技术法规，发展更加全面的检测手段，有助于从根本上保障汽车转向系统的安全性。但是相关检测设备要充分考虑兼容性、节能性，提高测试设备可靠性的同时还要提高设备利用率。因此动力转向耐压软管高温脉冲试验设备的出现，使得试验脉冲的发生更为简单便捷，与传统脉冲设备相比，减少了介质加热和散热的功耗，降低制作成本，压力值及升压速率也能够严格控制，有不可替代的优越性,节省了能耗和成本。

另外，此设备中采用了小功率液压泵加高效能、大容积蓄能器组的功率匹配方法，既能满足大容积软管的瞬间大功率要求，又能极大地减少泵的工作时间，达到了节能目的；而且通过液压回路的特殊设计，使得高温脉冲试验中的热量损失很小，系统无需使用冷却设备。

总之，创新的设计使得动力转向软管检测操作更加简捷，测试结果更加准确、可靠，具有很好的市场推广价值。

【1】动力转向耐压软管高容积膨胀型—SAE J188[S].

艾仕得发布全球Imron聚氨酯面漆新品牌标示系统

2016年9月1日，全球领先的液体和粉末涂料供应商艾仕得涂料系统在全球范围内隆重推出其标志性品牌之一Imron®聚氨酯涂料的全新视觉标识系统。Imron聚氨酯涂料是面向全球商用车辆制造商和商用修补漆市场的高品质产品组合。

大半个世纪以来，Imron聚氨酯面漆已成为领先重型卡车、公共汽车和铁路客车制造商的面漆首选。Imron具有卓越的耐久性，涂覆在表面涂层和清漆之上时具有出色的抗涂鸦性能，同时还具有可靠的耐腐蚀性能、优异的耐化学品性能、耐候性以及耐冲击性能。这些品质使Imron成为备受全球商用车辆制造商认可的涂料品牌。

Imron的新标识集成了3个要素——钻石、道路和盾牌。3个要素组合在一起来揭示出客户信赖的Imron的品牌特性。新标识中的钻石体现了Imron涂料的耐久性和坚韧性；道路表示Imron所应用的严苛环境；而盾牌则传达出Imron对车辆防护的承诺。新标识将有四种颜色，暗指Imron有丰富色彩方案可供客户选择。

(来源：艾仕得涂料系统)

Design of High Temperature Impulse Test Device for Power Steering Pressure Hose

WANG Zhe,JIA Jingsheng,KONG Dejia

(China Certification Center for Automotive Products,Beijing 100044,China)

According to SAE J188 requirements to high temperature pulse test, a high temperature impulse test device for power steering pressure hose was developed. The detection device meets the requirements in the standard and has high accuracy, reliability and energy efficient.

Power steering pressure hose; High temperature pulse test;Detection device

2016-06-09

王哲，男，大学本科，从事检测设备开发工作。E-mail:wangzhe@cccap.org.cn。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.09.012

U463.4

B

1674-1986(2016)09-054-03